高中化學解題中建模思想的應用

林 花

(福建省南平市建陽第二中學,福建 南平 354200)

在高中化學解題教學中,教師除傳授一些常規解題方法外,還要注重建模思想的應用,增進學生對化學理論知識的理解,提升他們應用建模思想解題的意識.引領學生借助建模思想把復雜、繁瑣的化學反應變得簡易化與清晰化,讓他們從中找到簡便的解題方法,使其積累更多解題經驗.

1 運用晶體模型高效解答化學試題

高中化學教師在解題實踐中,應當指導學生以認真閱讀題目內容與仔細審題為基本前提,根據題意建立晶體模型,使其深入分析晶體模型的內部結構,找到有價值的信息,讓他們結合晶體模型解題[1].

例1[MxFey(CN)z]是一種藍色晶體,在其結構中Fe2+與Fe3+均位于頂點的位置,且是相鄰與互補的關系,棱上均是CN-,該晶體中陰離子晶胞結構如圖1所示,以下說法中正確的為( ).

A.該晶體是原子晶體

B.M離子在立方體面心位置,是+2價

C.M離子在立方體面心位置,是+1價

D.該晶體的化學式是MFe2(CN)6,其中M為+1價

圖1 [MxFey(CN)z]中陰離子晶胞結構

分析解答這道題目時,學生讀完題目內容以后,結合文字描述及插圖可以建立出晶體模型,并深度研究晶體模型的內部情況,尋求有用信息,最終順利完成解題,找到正確選項.

詳解A選項,本結構中含有陰陽兩種離子,所以該晶體是離子晶體,故錯誤;B選項,根據圖像能夠看到Fe2+與Fe3+均在該模型的頂點位置,對應個數均為1/2,CN-在棱上,對應個數為3,據此得到M、Fe、CN三者的個數之比為x∶2∶6,結合晶體化合價可知陰離子帶的負電荷數是-6+2+3=-1,則晶體化學式是MFe2(CN)6,所以x=1,且M是+1價,B錯誤;C選項,M離子在立方體體心,是+1價,C選項是錯誤的;而通過以上綜合分析,可以判斷出D選項是正確的.

2 采用平衡模型精準解答化學試題

在計算同化學平衡參數有關的試題時,教師需提示學生注意列出三段式,設出參數,根據題目信息建立與求解方程,也可以讓他們結合極限思維展開分析和求解,使其解題效率更高[2].

A.1∶4 B.1∶3 C.1∶2 D.2∶5

分析由于本題中發生的是一個互逆反應,所以可以直接使用化學平衡模型,并結合勒夏特列原理分析相關參數之間的關系,從而求得相應的數值.

3 應用建模思想解答電子排布試題

核外電子排布類題目較為抽象和難懂,教師在講授理論知識過程中,要帶領學生認真觀察、分析和研究具體排布規律,使其深度理解原子核外電子排布模型,幫助他們奠定解題基礎.教師要著重講解物質化學式計算中心原子價層電子對數的相關知識,指導學生進行解題練習,讓他們學會運用建模思想解答該類試題[3].

例3以下有關中心原子雜化軌道類型和分子幾何構型說法不正確的是( ).

A.在PCl3中P原子sp3雜化,分子幾何構型為三角錐形

B.在BCl3中B原子sp2雜化,分子幾何構型為平面三角形

C.在CS2中C原子sp雜化,分子幾何構型為直線形

D.在H2S中S原子sp雜化,分子幾何構型為直線形

分析學生應該先把中心原子價層的具體電子對數計算出來,精準確定弧對電子與雜化類型,得到相應的分子幾何構型,再結合核外電子排布模型展開思考和分析,最終找到說法錯誤的選項.

詳解A選項,通過計算得出中心原子價層的電子對為4,弧對電子為1,雜化類型為sp3,分子幾何構型為三角錐形,所以正確;在B選項中,通過計算得出中心原子價層電子對數為3,弧對電子為0,雜化類型為sp2,分子幾何構型為平面三角形,正確;在C選項中,通過計算中心原子價層電子對為2,弧對電子為0,雜化類型為sp雜化,分子幾何構型為直線形,正確;在D選項中,通過計算中心原子價層電子對為4,弧對電子為2,雜化類型為sp3雜化,分子幾何構型為V形,故是錯誤的,則正確答案就是D選項.

4 應用建模思想解答電學化學試題

高中化學教師在指導學生應用建模思想處理電學化學試題時,要讓學生先根據電解液與電極材料精準找到原電池的正極與負極,再結合氧化反應相關知識找到相應的方程式,讓他們利用原電池模型進行分析,由此完成解題.

A.當電池工作時,負極為鋁,正極為石墨

B.當電池工作時,有機陽離子往鋁電極方向進行移動

C.當電池工作時,負極反應為:

D.電池充電時陽極反應是:

圖2 鋁離子電池的放電工作原理圖

分析解答本道題目時,學生可以通過聯系原電池以及電解池模型,迅速判斷各個選項中的說法,準確判斷出各個選項中說法的正與誤.

詳解對于A選項,當電池工作時,負極為活性電極鋁,正極為石墨,故正確;在B選項中,當電池工作時,有機陽離子往正極方向移動,即為往石墨電極方向進行移動,所以不正確;在C選項中,當電池工作時,負極為鋁,負極反應式正如選項中給出的一樣,所以是正確的;對于D選項,電池充電時陽極發生氧化反應,電極的反應式與選項所給一樣,也是正確的.綜合起來正確答案是B選項.

5 應用氧化還原模型解答化學試題

在高中化學解題教學中,教師可引領學生應用氧化還原模型進行解題,關鍵之處在于他們能夠準確判斷出一個化學反應中氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物的對應物質,同時要關注電子守恒定律的配合使用,使其借助氧化還原反應的規律與性質順利、高效地完成解題[4].

例5把一定量的氯氣通入到100 mL 6 mol/L的氫氧化鈉溶液中剛好能夠全部反應,生成物可能是氯化鈉、次氯酸鈉、氯酸鈉,其中鋁酸鈉的物質的量濃度受到溫度高低的影響,那么下列說法正確的有( ).

B.被氫氧化鈉溶液所吸收的氯氣的物質的量是0.3 mol

C.在該化學反應中,轉移的電子的物質的量可能是0.4 mol

D.在反應后的溶液中c(NaCl)≤0.5 mol/L

分析題目中是一個典型的氧化還原反應,可直接應用氧化還原模型進行分析,根據氧化反應相關知識完成解題.